JP2559501B2 - レーザビーム整形光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザビーム整形光学系に係り、特に音響光
学素子を用いてレーザビームを複数に分割し、この複数
のレーザビームによって走査露光を行う光学系の、音響
光学素子から射出された複数のレーザビームをポリゴン
ミラー面に入射するためのレーザビーム整形光学系に関
する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

レーザビームプリンタ、Ｌ−COM（レーザコンピユー
タアウトプツトマイクロフイルマ）等には、記録材料上
にレーザビームを二次元走査するための走査光学系が設
けられている。この走査光学系は、レーザ発振器から発
振されたレーザビームを主走査方向へ掃引するためのポ
リゴンミラー（回転多面鏡）と、レーザビームを副走査
方向へ掃引するためのポテンシヨメータミラーやレゾナ
ントスキヤナ等の副走査系と、走査レンズとから構成さ
れている。ポリコンミラーの中心軸はモータの軸に直結
されており、一定回転数で回転される。ポリゴンミラー
のミラー面にレーザビームが入射すると反射光はミラー
の回転角の２倍だけ振られ、以後ポリゴンミラーの回転
に伴ってレーザビームは走査レンズを介して記録材料上
に掃引されることになる。

しかし、実際にはポリゴンミラーの面倒れ量があるた
め記録材料上に描かれる直線の副走査方向の間隔は一定
とならなくなる。このため、従来は、第４図に示すよう
に、ポリゴンミラー20の前後にポリゴンミラーの各面の
傾きが問題となる副走査方向のみにレンズパワーを有す
る第１のシリンドリカルレンズ30と第２のシリンドリカ
ルレンズ34とを配置して、ポリゴンミラーの各面の傾き
の補正を実施している。第１のシリンドリカルレンズ30
は、コリメータレンズ（図示せず）とポリゴンミラー20
との間の光路中に配置され、レーザビームを副走査方向
のみに絞り込んでポリゴンミラー20のミラー面上に結像
させる。第２のシリンドリカルレンズ34は、ｆθレンズ
32と記録面36との間の光路中に配置されている。ポリゴ
ンミラー20で反射されたレーザビームは、ｆθレンズ32
と第２のシリンドリカルレンズ34とによって記録面36上
に結像される。このとき、ｆθレンズ32と第２のシリン
ドリカルレンズ34とを一つの組合せレンズと考えれば、
この組合せレンズにとってポリゴンミラー面上の像が物
点となり記録面上の像が像点となって、共役な関係にな
る。このため物点から出た全てのレーザビームは必ず像
点に集束されるので、ポリゴンミラー面の傾きがあって
も記録面上でのビーム位置は副走査方向に対して変化し
なくなる。これによってポリゴンミラー面の傾による補
正（面倒れ補正）を行うことができる。

一般のレーザビームプリンタにおいては、レーザ発振
器から射出されるレーザビームの強度分布が正規分布
（ガウス分布）となるレーザビームを用いており、この
ようなガウシアンレーザビームは、ガウシアンビームの
伝搬側に従い、ビームウエストより一様に発散する。こ
のガウシアンビームの特性として、伝搬光路のどの位置
においてもその強度分布は正規分布となっているため、
第４図に示す面倒れ補正光学系を利用する場合にレーザ
ビームのリレーについて特に考慮する必要はない。

入射されたレーザビームを入射された超音波の周波数
に応じた方向に変調、偏向する音響光学変調偏向器（以
下、マルチ周波数AOMという）を用いて、偏向によって
副走査方向に配列された複数のレーザビームを変調して
走査露光する場合には、レーザビームが複数に分離する
面はAOMの回折面におけるフーリエ変換面のみである。
一方、第４図に示す面倒れ補正光学系を使用する場合に
は、ポリゴンミラー面の物点を所定の倍率で記録面上に
結像させる共役な関係にしなければならない。このた
め、マルチ周波数AOMを用いて面倒れ補正を行うととも
に記録面受に複数に分離されたレーザビームのスポツト
を得るためには、ポリゴンミラー面上に、記録面上での
ビーム径を上記の所定の倍率で除算した大きさの径のレ
ーザビームが、正しく複数に分離された状態で入射させ
る必要がある。

また、主走査方向についてはポリゴンミラー面上に付
着したごみの影響等を防止するために、また、走査レン
ズの設計上の問題から副走査方向に比較してかなり大き
なビーム径が必要となる。

本発明は上記の要望を満たすために成されたもので、
ポリゴンミラーを用いたときの面倒れ補正光学系の必要
条件とマルチ周波数AOMを用いた場合のフーリエ変換面
リレー光学系の必要条件とを同時に満足するレーザビー
ム整形光学系を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために請求項（１）記載の発明
は、入射されたレーザビームを入射された超音波の周波
数に応じた方向に偏向して射出する音響光学素子から射
出された複数のレーザビームを整形するレーザビーム整
形光学系であって、複数のレーザビームの配列方向に対
しては焦点位置が相互に重なる奇数のレンズパワーによ
って最終焦点位置にフラウンホーフアー回析像を結像
し、複数のレーザービームの配列方向と交差する方向に
対しては偶数のレンズパワーによってレーザービームを
平行にするようにしたものである。

また、請求項（２）記載の発明は、入射されたレーザ
ビームを入射された超音波の周波数に応じた方向に偏向
して射出する音響光学素子から射出された複数のレーザ
ビームを整形してポリゴンミラー面に入射するレーザビ
ーム整形光学系であって、副走査方向に対しては焦点位
置が相互に重なる奇数のレンズパワーによってポリゴン
ミラー面に音響光学素子の偏向位置のフラウンホーフア
ー回析像を結像し、主走査方向に対しては偶数のレンズ
パワーによってレーザビームを平行にするようにしたも
のである。

〔作用〕

以下本発明の作用を説明する。音響光学素子は、入射
されたレーザビームを入射された超音波の周波数に応じ
た方向に偏向して複数のレーザビームを射出する。レー
ザビーム整形光学系は、複数のレーザビームの配列方向
に対しては、焦点位置が相互に重なる奇数のレンズパワ
ーによって最終焦点位置に音響光学素子の偏向位置のフ
ラウンホーフアー回折像を結像する。このため、レーザ
ビームは音響光学素子で偏向された後、これのフーリエ
変換面で正しくリレーされて最終位置にフラウンホーフ
アー回折像、すなわちレーザビームが複数個に分離され
た回折像を結像する。従って、ポリゴンミラーに対して
複数のレーザビームの配列方向が副走査方向を向きかつ
ポリゴンミラー面に偏向位置のフラウンホーフアー回折
像が結像されるように配列し、ポリゴンミラーの射出側
に第４図に示した走査レンズと第２のシリンドリカルレ
ンズとからなる面倒れ補正光学系の一部を配置すれば、
面倒れ補正を行うことができる。

また、レーザビーム整形光学系は、複数のレーザビー
ムの配列方向と交差する方向に対しては、偶数のレンズ
パワーによってレーザビームを平行にしている。従っ
て、ポリゴンミラーに対して複数のレーザビームの配列
方向と交差する方向が主走査方向を向くように配置すれ
ば、主走査方向の径が大きなレーザビームを得ることが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、レーザビームを
フーリエ変換面で正しくリレーするとともに一方向に径
の大きいレーザビームを得ているため、ポリゴンミラー
を備えた走査光学系に適用することにより面倒れ補正や
ごみの影響を効率よく防止することができる、という効
果が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例
は、ポリゴンミラー20のミラー面22に、主走査方向に径
が大きくかつ副走査方向に複数個に分離されたレーザビ
ームを結像するようにしたものである。第１図に示すよ
うにAOM10のレーザビーム射出側には、AOM10の偏向面24
が第１焦点面に位置するように集点距離がfaの収束レン
ズ12が配置されている。収束レンズ12のレーザビーム射
出側には、第１焦点面が収束レンズ12の第２焦点面と重
なるように、副走査方向にのみレンズパワーを有する集
点距離がfbfの副走査方向ビーム整形シリンドリカルレ
ンズ14が配置されている。副走査方向ビーム整形シリン
ドリカルレンズ14のレーザビーム射出側には、第１焦点
が収束レンズ12の第２焦点と重なるように主走査方向に
のみレンズパワーを有する集点距離がfbsの主走査方向
ビーム整形シリンドリカルレンズ16が配置されている。
また、主走査方向ビーム整形シリンドリカルレンズ16の
レーザビーム射出側には、第１焦点面が副走査方向ビー
ム整形シリンドリカルレンズ14の第２焦点面と重なるよ
うに副走査方向にのみレンズパワーを有する集点距離が
fcyの倒れ補正シリンドリカルレンズ18が配置されてい
る。そして、倒れ補正シリンドリカルレンズ18の第２焦
点面とミラー面22とが重なるようにポリゴンミラー20が
配置されている。従って、ミラー面22、AOM偏光面24、
焦点面26、焦点面28はビームウエスト面となる。

以下本実施例の作用を説明する。主走査方向に対して
は、第２図に示すように、収束レンズ12および主走査方
向ビーム整形シリドリカルレンズ16のみがレンズパワー
を有することになる。このため、収束レンズ12と主走査
方向ビーム整形シリンドリカルレンズ16とによってビー
ムエキスパンダが構成され、シリンドリカルレンズ16か
ら照射されたレーザビームは主走査方向に拡がった平行
レーザビームに変換されてミラー面22に照射される。

副走査方向に対しては、第３図に示すように、収束レ
ンズ12、副走査方向ビーム整形シリンドリカルレンズ14
及び倒れ補正シリンドリカルレンズ18がレンズパワーを
有することになる。収束レンズ12、副走査方向ビーム整
形シリンドリカルレンズ14及び倒れ補正シリンドリカル
レンズ18の焦点面は重なっているため、フーリエ変換面
で収束レンズ12からシリンドリカルレンズ14、シリンド
リカルレンズ14からシリンドリカルレンズ16と順にリレ
ーされ、ミラー面22上にAOM10の偏向面24のフラウンホ
ーフアー回折像が結像される。これによってミラー面22
上には副走査方向に分離された複数のレーザビームが結
像されることになる。なお、集点面26の像はフランホー
フアー回折像となり、集点面28の像は１つの楕円状にな
る。

以上の結果、ミラー面22上には主走査方向の径が副走
査方向の径よりも大きくかつ副走査方向に複数個に分離
されたレーザビームが結像されることになる。従って、
ポリゴンミラー20と記録面36との間に第４図に示したｆ
θレンズ32及び第２のシリンドリカルレンズ34からなる
光学系を配置すれば面倒れ補正を行うことができる。ま
た、主走査方向のビーム径は副走査方向のビーム径に比
較してかなり大きいため、ポリゴンミラー面に付着した
ごみの影響等を受けることなく記録を行うことができる
とともに、走査レンズの設計自由度が向上する。

なお、主走査方向ビーム整形シリンドリカルレンズ16
の第２の焦点面にポリゴンミラー20のミラー面22が重な
るように配置したが、主走査方向ビーム整形シリンドリ
カルレンズ16の焦点距離を第２図に示した焦点距離f_bs
より大きくするかまたは小さくするようにしてもよい。
また、上記では収束レンズ以外のレンズとしてシリンド
リカルレンズを用いた例について説明したが、主走査と
副走査の方向にパワーを持つシリンドリカルレンズを球
面レンズ又はトーリツクレンズで構成してもよい。ま
た、収束レンズ12を副走査方向にレンズパワーを有する
シリンドリカルレンズと主走査方向にレンズパワーを有
するシリンドリカルレンズとの２つで構成してもよい。
更に、シリンドリカルレンズ16をシリンドリカルレンズ
14、18間に配置したが、ビームエキスパンダを構成する
位置であればいかなる位置でもよい。また更に、主走査
方向のレンズパワーは２個である必要はなく偶数個であ
ればよく、副走査方向のレンズパワーが３個である必要
はなく奇数個であればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の光学系を示す斜視図、 第２図は本実施例の主走査方向の光路を示す線図、 第３図は本実施例の副走査方向の光路を示す線図、 第４図は従来の面倒れ補正光学系の側面図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射されたレーザビームを入射された超音
   波の周波数に応じた方向に偏向して射出する音響光学素
   子から射出された複数のレーザビームを整形するレーザ
   ビーム整形光学系であって、複数のレーザビームの配列
   方向に対しては焦点位置が相互に重なる奇数のレンズパ
   ワーによって最終焦点位置に音響光学素子の偏向位置の
   フラウンホーフアー回析像を結像し、複数のレーザビー
   ムの配列方向と交差する方向に対しては偶数のレンズパ
   ワーによってレーザビームを平行にするレーザビーム整
   形光学系。
2. 【請求項２】入射されたレーザビームを入射された超音
   波の周波数に応じた方向に偏向して射出する音響光学素
   子から射出された複数のレーザビームを整形してポリゴ
   ンミラー面に入射するレーザビーム整形光学系であっ
   て、副走査方向に対しては焦点位置が相互に重なる奇数
   のレンズパワーによってポリゴンミラー面に音響光学素
   子の偏向位置のフラウンホーフアー回析像を結像し、主
   走査方向に対しては偶数のレンズパワーによってレーザ
   ビームを平行にするレーザビーム整形光学系。